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Sick entwickelt sBot Speed-UR für sichere Mensch-Roboter-Kollaboration

Sichere Mensch-Roboter-Kollaboration
Das Sicherheitssystem sBot Speed-UR von Sick

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Mehr Flexibilität und Produktivität sind die wichtigsten Ziele eines kooperativen Roboterbetriebs. Gleichzeitig ist Personensicherheit im Umfeld von Robotern ein Muss. Das Sicherheitssystem sBot Speed-UR von Sick vereint beide Zielsetzungen: Es sorgt für produktive Arbeitsprozesse und zugleich für eine sichere Arbeitsumgebung.

Felipe Pino, Produktmanager, Global Business Center Industrial Safety, Sick AG, Waldkirch

Inhaltsverzeichnis

1. Sicherheitssystem für Kooperative Roboteranwendungen
2. Adaptive Wahrnehmung optimiert Leistungsfähigkeit von Roboteranwendungen
3. Weniger Stillstand, schonender Roboterbetrieb, mehr Produktivität
4. Einfache Adaption an unterschiedliche Einsatzorte
5. Spezielle Ausrichtung auf UR-Roboter

Bei dem Sicherheitssystem sBot Speed-UR der Sick AG, Waldkirch, handelt es sich um eine sicherheitsgeprüfte und integrationsfertige Systemlösung für kooperative Roboteranwendungen. Die Systemvariante sBot Speed-UR ist die erste herstellerbezogene Ausführung des Sicherheitssystems sBot Speed. Sie ist in wesentlichen Punkten speziell auf den Einsatz in den Robotermodellen UR3, UR5 und UR10 des Herstellers Universal Robots abgestimmt.

Das Sicherheitssystem hat nicht nur den Schutz von Personen im Arbeitsumfeld eines Roboters im Blick, sondern zugleich auch die Prozesseffizienz der Mensch-Roboter-Interaktion. Möglich macht die sichere und produktive Zusammenarbeit von Mensch und Maschine das adaptive Wahrnehmungsvermögen des Sicherheitssystems, mit dem es die Betriebsbedingungen des Roboters automatisch an die Position von Personen in dessen Umfeld anpasst.

Sicherheitssystem für Kooperative Roboteranwendungen

Kooperative, beziehungsweise kollaborative, Roboteranwendungen sind dadurch gekennzeichnet, dass sich Mensch und Maschine zu unterschiedlichen Zeitpunkten den gleichen Arbeitsraum teilen. Mechanisch trennende Schutzeinrichtungen, bei denen der Werker nur durch eine Sicherheitstür zum Roboter gelangen kann, sind für optimale und effiziente Arbeitsabläufe jedoch oft hinderlich. Daher werden solche Roboterszenarien, deren Ziel ja ein Mehr an Produktivität ist, mit einem offen zugänglichen Arbeitsraum konzipiert – der im laufendem Betrieb zugleich zum Gefahrenbereich wird.

Adaptive Wahrnehmung optimiert Leistungsfähigkeit von Roboteranwendungen

Das „Auge“ des Sicherheitssystems ist ein Sicherheits-Laserscanner S300 mini. Er erfüllt die sicherheitstechnischen Anforderungen des Performance Level d nach EN ISO 13849 sowie SIL2 nach IEC 61508 und entspricht den Anforderungen an eine optoelektronische Schutzeinrichtung gemäß Typ 3 der IEC 61496. Die Reichweite des 270 Grad-Schutzfeldes beträgt bis zu drei Meter. Das visuelle Wahrnehmungsvermögen des Sensors ist gepaart mit der Möglichkeit, innerhalb des Sichtfeldes unterschiedliche Feldsätze zu überwachen – jeweils bestehend aus einem Warn- und einem Schutzfeld. Im Kontext des Sicherheitssystems sBot Speed-UR werden zwei Feldsätze überwacht, die jeweils abhängig von der aktuellen Robotergeschwindigkeit sind und die Grundlage des adaptiven Wahrnehmungsvermögens bilden.

Die Sicherheitssteuerung FlexiSoft – auch sie erfüllt alle relevanten sicherheitstechnischen Vorgaben – fungiert als intelligentes Bindeglied zwischen dem Laserscanner und der Robotersteuerung. Sie ist im Falle einer Personenannäherung für die Aktivierung der definierten sicherheitsüberwachten Geschwindigkeit des Roboters verantwortlich – bis hin zum Auslösen des Sicherheitshalts oder, wenn nötig, eines Not-Halts. Darüber hinaus wird mit ihrer Hilfe auch ein unerwartetes Anlaufen des Roboters sicher vermieden, beispielsweise bei Einricht- oder Servicearbeiten.

Adaptive Wahrnehmung sowie die sicherheits- und prozesslogisch richtigen Entscheidungen zu treffen, dafür wurde das Sicherheitssystem entwickelt. Es passt die Betriebsbedingungen von Robotern entsprechend des Aufenthalts von Personen in dessen Arbeitsbereich an und unterstützt so die optimale Produktivität von Roboteranwendungen. Die Überwachung des Arbeitsraumes des Roboters erfolgt durch zwei Feldsätze. Der größere Feldsatz 1 ist, was Bewegungsdynamik, Maschinennachlauf und Gefährdungsrisiko betrifft, auf die Produktionsgeschwindigkeit des Roboters ausgelegt. Der geometrisch kleinere Feldsatz 2 berücksichtigt diese Faktoren bei einer sicher reduzierter Maschinengeschwindigkeit, wie sie sich durch Personen ergibt, die vom größeren Feldsatz detektiert werden.

Weniger Stillstand, schonender Roboterbetrieb, mehr Produktivität

Was heißt das konkret im kooperativen Roboterbetrieb? Betritt eine Person im laufenden Prozess das Warnfeld von Feldsatz 1, reduziert der Roboter sicher seine Geschwindigkeit. Da der Roboter jetzt langsamer läuft und dementsprechend eine geringere Dynamik und kürzere Nachlaufzeit im Falle eines Sicherheits- oder Not-Halt aufweist, aktiviert das sBot Speed-UR jetzt Feldsatz 2 mit einem verkleinerten Schutzfeld. Erst wenn dieses betreten wird, geht der Roboter in den Sicherheitshalt über. Entfernt sich die Person wieder aus dem Arbeitsbereich, läuft der Roboter automatisch wieder an – zunächst noch mit sicher reduzierter Geschwindigkeit und überwacht durch Feldsatz 2. Danach nimmt er die ursprüngliche Arbeitsgeschwindigkeit mit Absicherung durch Feldsatz 1 wieder auf.

Diese so sicher überwachte Reduzierung der Geschwindigkeit bedeutet gegenüber einem vollständigen Stopp und Prozessstillstand mehr Produktivität und Verfügbarkeit bei optimierter Mensch-Roboter-Interaktion. Das Sicherheitssystem sBot Speed-UR erlaubt es zudem, den Roboter im Einrichtbetrieb manuell zu bewegen, um beispielsweise Greifpunkte einzulernen. Neue Aufgaben können so schnell und flexibel eingerichtet werden. Das sanft geregelte, zweistufige Abbremsen und Beschleunigen beim automatischen Wiederanfahren vermeidet zudem unnötigen Verschleiß am Roboter und seinen Antriebskomponenten, was sich positiv auf die Lebensdauer auswirken kann.

Einfache Adaption an unterschiedliche Einsatzorte

Die Wirtschaftlichkeit von Robotern steigt mit der Möglichkeit, sie für unterschiedliche Tätigkeiten in wechselnden Arbeitsumfeldern einzusetzen. Mit sBot Speed-UR ist dies ohne Einschränkungen möglich. In der Steuerung des Sicherheitssystems lassen sich unterschiedliche, orts- und funktionsbezogene Konfigurationen von Feldsätzen hinterlegen. Aktiviert werden können die jeweils korrekten Schutzfeldeinstellungen beispielsweise dann, wenn ein RFID-Sicherheitssystem wie das TR4 von Sick dem Roboter seine neue Arbeitsposition meldet. Mit der korrekten Identifikation der Arbeitsposition werden die Einstellungen des Sicherheitssystems für die neue Arbeitsumgebung freigegeben. Der Anwender braucht den Roboter also nur in Position zu bringen, um ihn sofort startklar zu machen. Ohne Freigabe durch den richtigen ID-Code, also beispielsweise an einem falschen oder einem nicht vorgesehenen Aufstellungsort, kann sBot Speed-UR – und damit der Roboter – nicht gestartet werden.

Spezielle Ausrichtung auf UR-Roboter

Die Ausrichtung auf die Roboter von Universal Robots betrifft beispielsweise den UR-spezifischen Verdrahtungsplan und die Parametereinstellungen für die wählbaren Betriebsarten „Aktivbetrieb“ und „Programmiermodus“. Auch die Beschreibung und Anbindung zusätzlicher Sicherheitskomponenten, die zur Erfüllung relevanter Sicherheitsstandards erforderlich sind, sowie die Einstellhinweise für die UR-Sicherheitskonfiguration sind speziell auf die genannten Robotermodelle ausgelegt. Der Verdrahtungsplan, das Sicherheitslogik-Programm, die UR-bezogenen Parametereinstellungen und die Sistema-Datei sind zudem in der ausführlichen Dokumentation enthalten. Das Sicherheitssystem ermöglicht es dem Inbetriebnehmer oder dem Bediener, beim Einrichten des Roboters oder bei Änderungen von Funktionen den Roboter zu programmieren und dabei sicher zu bewegen, beispielsweise zum Einlernen von Greifpunkten. die Variante sBot Speed und die Variante sBot Speed-UR sind sofort verfügbar – weitere Varianten mit anderen Roboter-Herstellern sind in Vorbereitung.

Das Sicherheitssystem sBot Speed und die Variante sBot Speed-UR bieten optimale Möglichkeiten, um frei zugängliche Roboterapplikationen individuell bis Performance Level d nach ISO 13849 abzusichern und gleichzeitig optimale Prozesseffizienz und Produktivität zu erreichen. Dies gilt gleichermaßen für die Erstausrüstung von Robotern wie auch deren nachträgliches, sicherheitstechnisches und funktionales Retrofit. Gleichzeitig ist jede Variante migrationsfähig: zusätzliche Sicherheitsfunktionen können auch nachträglich mit geringem Aufwand in die Sicherheitssteuerung implementiert werden. (eve)


In zwei englischsprachigen Video-Tutorials erklärt Sick den sBot Speed UR:

Folge 1: hier.pro/W6m1E

Folge 2: hier.pro/FdTrQ

Kontakt:

Sick AG
Erwin-Sick-Str. 1
79183 Waldkirch
Tel.: +49 7681 202–0
E-Mail: info@sick.de
Website: www.sick.de

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